FPGA连接MIPI接口的实现方案

本文主要介绍MIPI D-PHY在FPGA上的实现。

随着camera和显示技术的发展，MIPI接口在实际运用中越来越广泛，MIPI接口协议层主要包括CSI和DSI两种，其中CSI主要用于图像输入，如图像传感器等;DSI主要用于图像输出，如屏幕显示器等。随着FPGA的广泛使用，实际应用中，经常会用到FPGA来连接各种camera模组进行图像采集输入，以及通过各种显示接口来进行图像的显示，这就要求FPGA端有CSI或者DSI接口，下面就针对FPGA端的MIPI接口实现方式进行简单的介绍。

1、CSI/DSI接口

常见的CSI和DSI接口如下图所示：

2、D-PHY

CSI和DSI的物理层常见的是D-PHY(也有兼容C-PHY的)，下图是D-PHY的结构：

D-PHY支持HS(High Speed)和LP(Low Power)两种工作模式。HS模式下采用低压差分信号(SLVS电平)，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率(数据速率为80M～2.5Gbps)，采用源同步的传输方式，由主机(Master)设备向从机(Slave)设备提供DDR时钟;LP模式下采用单端信号(1.2V LVCMOS信号)，数据速率很低(≤10Mbps)，但是相应的功耗也很低，用于传输初始化控制信号。两种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量图像数据时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。

在LP模式下，只用lane0实现双向数据传输，时钟是使用数据Dp和Dn的EXOR恢复的。

3、FPGA实现方式

针对D-PHY的FPGA实现，主要有以下几种方式：

直接采用支持D-PHY的FPGA芯片(Xilinx的ultrascale系列、ultrascale+系列、Lattice的Crosslink系列)

采用电平转换电阻网络转换后使用(收发分别采用不同的电阻网络)

采用专用芯片进行转换(meticom、晶门、龙迅、东芝等公司均有该类转换芯片)

3.1、FPGA自带D-PHY

Xilinx的ultrascale系列、ultrascale+系列的HP I/O banks就自带D-PHY。

Lattice的CrossLink和CrossLinkPlus系列就自带MIPI接口。

3.2、采用电阻匹配网络转换

Xilinx的FPGA可以通过简单的电阻匹配网络来实现CSI/DSI接口和FPGA对接，主要是从SLVS电平的特性出发，7系列FPGA的LVDS、HSTL、LVCMOS_18、HSUL_12等电平的输入都可以直接兼容到1.8V IO bank，因此可以通过简单的转换实现SLVS电平直接对接7系列FPGA。

鉴于以上特性，将接收和发送分开进行匹配如下：

3.3、专用芯片转换

专用转换芯片有各种各样的，有的单通道的，有的四通道的，具体厂家和型号可根据实际应用进行选择，国外的有meticom、东芝等，国产的有晶门、龙迅、集创等厂家。

以上就是针对FPGA连接MIPI接口的实现方案简介，实际应用中可以根据性价比、实现难度等多方面考虑。

审核编辑：汤梓红